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转向
毕业设计
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汽车转向桥毕业设计,汽车,转向,毕业设计
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1 汽车转向桥设计说明书 学 院：江苏科技大学继续教育学院 专 业：机械制造及其自动化 学生姓名 : 沈陈钢 学 号 : 计题目：汽车转向桥的设计 指 导 教 师 : 王新彦 任务书要求： （ 1）了解汽车转向桥的结构，功能 （ 2）进行汽车转向桥的受力分析 （ 3）总体方案设计 （ 4）画出转向节的零件图 （ 5）画出转向桥的总装图 一、 概述 转向桥是利用转向节使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向，同时还承受和传递汽车与车架及车架之间的垂直载荷、 纵向力和侧向力以及这些力形 成的力矩。转向桥通常位于汽车的前部，因此也常称为前桥。 各类汽车的转向桥结构基本相同，主要有前轴（梁）、转向节、主销和轮毂 (1)前轴：由中碳钢锻造，采用抗弯性较好的工字形断面。为了提高抗扭强度，接近两端略呈方形。前轴中部下凹使发动机的位置得以降低，进而降低汽车质心，扩展驾驶员视野，减小传动轴与变速器输出轴之间的夹角。下凹部分的两端制有带通孔的加宽平面，用以安装钢板弹簧。前轴两端向上翘起，各有一个呈拳形的加粗部分，并制有通孔。 (2)主销：即插入前轴的主销孔内。为防止主销在孔内转动，用带有螺 纹的楔形销将其固定。 2 (3)转向节： 转向节 上的两耳制有销孔，销孔套装在主销伸出的两端头，使转向节连同前轮可以绕主销偏转，实现汽车转向。为了限制前轮最大偏转角，在前轴两端还制有最大转向角限位凸块 (或安装限位螺钉 )。 转向节的两个销孔，要求有较高的同心度，以保证主销的安装精度和转向灵活。为了减少磨损，在销孔内压入青铜或尼龙衬套。衬套上开有润滑油槽，由安装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑。为使转向灵活轻便，还在转向节下耳的上方与前轴之间装有推力轴承 11；在转向节上耳与前轴之间，装有调整垫片 8，用以调整 轴向间隙。 左转向节的上耳装有与转向节臂 9 制成一体的凸缘，在下耳上装有与转向节下臂制成一体的凸缘。两凸缘上均制有一矩形键与左转向节上、下耳处的键槽相配合，转向节即通过矩形键及带有键形套的双头螺栓与转向节上下臂连接。 (4)轮毂：轮毂通过内外两个滚锥轴承套装在转向节轴颈上。轴承的松紧度可以由调整螺母调整，调好后的轮毂应能正、反方向自由转动而无明显的摆动。然后用锁紧垫圈锁紧。在锁紧垫圈外端还装有止推垫圈和锁紧螺母，拧紧后应把止推垫圈弯曲包住锁紧螺母或用开口销锁住，以防自行松动。 轮毂外端装有冲压的金 属端盖，防止泥水或尘土浸入。轮毂内侧装有油封 (有的油封装在转向节轴颈的根部 )，有的还装有挡油盘。一旦油封失效，则外面的挡油盘仍可防止润滑脂进入制动器内。 本文设计的是 采用前置后轮驱动的载货汽车 转向桥 ，因此该 转向桥 为从动桥 。 从动桥的功用： 从动桥也称非驱动桥，又称从动车轴。它通过悬架与车架（或承载式车身）相联，两端安装从动车轮，用以承受和传递车轮与车架之间的力（垂直力、纵向力、横向力）和力矩。并保证转向轮作正确的转向运动 1、设计要求： （ 1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之 间的作用力。 （ 2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。 3 （ 3）保证转向轮有正确的定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。 （ 4） 转向 桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。 通过对 前桥的设计，可以加深我们的设计思想，即： （ 1） 处理好设计的先进性和生产的可能性之间的关系； （ 2） 协调好产品的继承性和产品的“三化”之间的关系。 2、 结构参数选择 汽车总布置整车参数见表 1： 表 1 汽车总质量N） 前轴轴载质量N） 汽车质心至前轴中民线距离 汽车质心至后轴中心线距离 L2(轴距 L（ 汽车质心高度hg(前钢板弹簧座中心距B (58359 20727 2133 1175 3308 1060 780 主销中心距B (前轮距B1(车轮滚动半径 rr(主销内倾角 主销后倾角 前轮外倾角 a 前轮前束（ 1415 1584 480 8 1 2 转向 桥结构形式 本前桥采用非断开式转向桥 择前桥结构型式及参数 （ 1）前轴结构形式：工字形断面加叉 形转向节主销固定在前轴两端的拳部里。 （ 2）转向节结构型式：整体锻造式。 （ 3）主销结构型式 :圆 柱实心主销。 （ 4）转向节止推轴承结构形式：止推滚柱轴承。 （ 5）主销轴承结构形式：滚针轴承 （ 6）轮毂轴承结构形式：单列向心球轴承 轮定位角 本型前轮定位角选择见 表 1 二 、 转向 桥强度计算 4 1、前轴强度计算 前轴受力简图 如图 1 所示： 图 1 汽车向左侧滑时前轴受力图 前轴 载荷 计算 ）紧急制动 工 汽车紧急制动时，纵向力制动力达到最大值，因质量重新分配，而使前轴上的垂直载 荷增大，对后轮接地点取矩得 取路面附着糸数 =动时前轴轴载千质量重新分配分配糸数 12 060 11175 =直反作用力： 1 2 0 7 2 72=向反作用力： 1r= 21）侧滑 汽车侧滑时，因横向力的作用，汽车前桥左右车轮上的垂直 载荷发生转移。 5 （ 1）确定侧向滑移附着糸数： 在侧滑的临界状态，横向反作用力等于离心力 F 离 ，并达到最大值 F 离 =1 ,1 ,为保证不横向翻车，须使 V 滑 A 工字形断面前轴 a) 断面简图 本汽车前轴简化为换算断面形状后如图 3 所示 图 3 前轴简化图 b)计算断面糸数 i) -断面 如图 3所示 垂直面内抗弯断面糸数 616 36606172633313 H I=8 水平面内抗弯断面糸数 2 1 7 4 4726 3331 ） 断面 换算断面简图如图 4 图 4 面计算简图 垂直面内抗弯断面系数 面为上，下翼缘不等长的工字形断面。计算其垂直面内抗弯断面系数的关系是确定出形心轴坐标。 形心 轴 坐标： =)2/(*)()2/1(2/1*121112211 =168 y2 2 2 3 7 . 2 0 4 1 2 . 5 2 4 . 7 0 4h y t 12 4 3 2 4 . 7 0 4 1 8 . 2 9 6h h h 9 该断面对形心轴的惯性矩： 3 3 3 31 1 1 2 1 241 ()31708769 y B h b y b 上翼面的抗弯断面系数： 1317087693 0 65 5 4 8 6 上下翼面的抗弯断面系 数： 2317087693 7 44 5 9 2 9 下水平面内抗弯断面系数： 3 3 31231 ()62 7 8 2 2 . 9 8W B t b t t 抗扭断面系数 由经验公式得 10 1233236 8 4 32 1 . 2 6 ( ) 2 7 5 1 . 2 6 ( ) 1 3 6 . 1 4221 . 6 7 ( ) 1 . 7 6 ( )26 8 4 36 8 1 . 6 7 1 . 7 6 ( 7 5 4 3 )21 0 3 . 4 4 59 2 5 875227 5 4 2 3 31 ( ) ( )1236 8 4 31 3 6 . 1 4 ( ) 1 0 3 . 4 4 5 ( 7 5 3123 B B 333)7 5 3 36 2 9 3 5 . 9 7 -断面 面计算简图如图 5 如图 5 面计算简图 1）垂直面内，水平面内的抗弯断面系数： 3 3 3 3 33223343/ 6 ( ) ( 5 2 1 5 ) 1 8 9 1 3 . 5 26 5 243( ) ( 5 2 1 5 ) 1 1 4 0 2 . 266W b H H h m h m m 2）抗扭断面系数： 11 取 2 1 6 4 3 1 7 1 7 3 . 5 1 2 -断面 1）垂直面内，水平面内抗弯断面系数： 3224322 0 2 3 7 86524362）抗扭断面系数： 3 3 30 . 2 6 3 4 3 2 0 9 1 0 . 3 4nW b m m v) 各断面尺寸参数见表 5： 表 5 单位 ： - - - - B 72 92 0 50 1t b 72 58 43 43 1b 60 16 2t t 12 42 h 36 43 15 H 61 68 52 52 面系数计算结果列表见表 6 表 6 单位 ： 12 - - - - W 21744 6024.7 5）应力计算 a)计算公式 i)汽车紧急制动时 垂直面内弯曲应力 水平面内弯曲应力 合成应力 合扭转应力： 在矩形长边中点上的扭转应力 矩形短边中点上的扭转应力 工字形断面中所产生的最大应力和最大扭转应力是作用在梁断面上的不同点处。对于上翼面长边中点，其相当应力： 22 3 合车侧滑时 垂直面弯曲应力 车越过不平路面时 垂直面弯曲应力 b) 应力值计算结果列表： 表 7 单位 ： 28 /10 13 - - - - 紧急制动 d 滑 不平路 6） 轴材料的许用应力 材料： 30 调质硬度 ： 281 )/( 2 800 937 许用应力： )合 2、转向节强度计算 作用力 11Z 、 11X 、 11Y 按表 1值 截面系数计算 取轮毂内轴承根部处指轴为计算断面 4 132 453233 弯矩计算 A 紧急制动时 221211 B 侧滑时 5 8 3 24 8 5 9 3 7 911111 C 超越不平路面时 计算用参数 14 451 d ， 201 C ， 302 d 应力计算 A）紧急制动时 4 1 5 3 0 B）侧滑时 4 1 5 8 8 7 3 2 C）超越不平路面时 9 5 4 15 1 8 1 7 5 弯矩、应力计算结果列表见表 8 表 8 功况 M 紧急制动 滑 63285 超越不平路 518175 转向节的材料、许用应力及强度校核 材料 40用应力 s 查 2/980 ) 3、主销强度计算 主销作用力计算简图如图 6 15 如图 6 主销作用力计算简图 主销受力计算参数见表 9 表 9 参数车行 a b c e f l 1l n r D h H 7 70 20 497 360 21 165 21 480 30 37 40 计算载荷 计算时，忽略主销倾角的影响，并假定力的作用点位于主销衬套中点。 A） 1Z 、 1X 、 1Y 按表 1 取值 B）汽车紧急制动时 力 1Z 在主销的支承反力 1S 和 1S 。 6902111 主销受到 1X 和 u 的作用，力 u 由下式求得： 5 91 6 5 8 3 211 X 在主销的两个支承上反作用力 2S 和 2S 01183212 71183212 力 u 在主销的两个支承上反作用力 3由制动力矩 作用，在主销的两个支撑上产生反作用力 4S 和 4S r 16 作用在主销下端 的 合力（图 14） 1 0 2) 4 5 4 2 5()()(22242231C)汽车侧滑时 左主销上支承的 反作用力 1 4 3 7 5 9 611上 左主销下支承的 反作用力 7 43137 3 5 9611 下右主销上支承的 反作用力 上右主销下支承的 反作用力 911 下D）汽车越过不平路面时 动载荷在主销上、下支承上产生的 作用反力 1S 和 1S 。 弯矩计算 在紧急制动和侧滑时，主销下支承的反作用力为最大，在越过不平路面时，因主销下端的作用力臂大于上端，所以只需要计算主销下支承处的弯矩（图 15） A) 汽车紧急制动时 =) 汽车侧滑时 下=17 C) 汽车越过不平路面时 1 = 5）抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算 A)主销抗弯断面系数 )1(32 443 =)主销剪切面积 )(4 22 =) 主销衬套挤压面积 =1200:主销外径， d：主销内径 力计算 分别计算个工况下的弯曲应力、剪切应力、挤压应力见表 10。 表 10 弯曲应力 剪切应力 挤压应力 紧急制动时 侧滑时 下越过不平路面时 1 1 公式编号 67 68 69 载荷、弯矩、应力计算结果列表见表
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